可重復(fù)使用運載器（RLV）是未來實現(xiàn)快速、可靠及廉價進(jìn)出空間的必然趨勢,也是當(dāng)前航空航天領(lǐng)域的研究熱點。對RLV再入段的軌跡優(yōu)化、制導(dǎo)及控制方法進(jìn)行了綜述。在RLV再入軌跡優(yōu)化方法上,分別從間接法、直接法以及偽譜法等方面進(jìn)行了綜述,在深入分析每類方法特點的基礎(chǔ)上,對其未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望;在RLV再入制導(dǎo)方法上,分別從離線標(biāo)稱軌跡制導(dǎo)、在線軌跡重構(gòu)制導(dǎo)、預(yù)測校正制導(dǎo)等方面進(jìn)行了綜述,對每類再入制導(dǎo)方法進(jìn)行了優(yōu)缺點分析,并對未來發(fā)展方向進(jìn)行了總結(jié);在RLV再入姿態(tài)控制方法上,分別從線性控制方法、非線性控制方法、智能控制方法等方面對其進(jìn)行了綜述,并對其特點和未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析。最后,對RLV再入制導(dǎo)控制一體化方法進(jìn)行了綜述,指出了未來RLV制導(dǎo)控制一體化研究中亟需解決的關(guān)鍵問題。 

【文章來源】：航空學(xué)報. 2020,41(11)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：25 頁

【部分圖文】：

圖４ＲＬＶ?jǐn)?shù)值預(yù)測校正制導(dǎo)方法流程圖Ｆｉｇ．４ＦｌｏｗｃｈａｒｔｏｆＲＬＶｎｕｍｅｒｉｃａｌｐｒｅｄｉｃｔｏｒ－ｃｏｒｒｅｃｔｏｒｇｕｉｄａｎｃｅｍｅｔｈｏｄ

確保飛行器的平穩(wěn)飛行）的引入，導(dǎo)致ＲＬＶ的再入飛行走廊被限制在非常狹小的飛行區(qū)域［５－７］。４）安全面臨挑戰(zhàn)。為了獲得更高的機(jī)動性能和操縱性，提高飛行器應(yīng)對復(fù)雜飛行環(huán)境的能力，ＲＬＶ在布局設(shè)計時往往采用除傳統(tǒng)副翼、方向舵和升降舵以外更多的操縱面，如升降副翼和機(jī)身襟翼等。由于飛行環(huán)境和自身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜特性，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的冗余也使得執(zhí)行器發(fā)生潛在故障（如卡死、部分失效和完全失效等）的可能性顯著增加，給飛行安全帶來巨大挑戰(zhàn)。圖１ＲＬＶ再入飛行示意圖Ｆｉｇ．１ＲＬＶｒｅｅｎｔｒｙｆｌｉｇｈｔｄｉａｇｒａｍ綜上所述，ＲＬＶ是一個集多變量、強(qiáng)耦合、非線性、不確定、多約束及潛在執(zhí)行器故障影響的復(fù)雜被控對象，其高自主性、高可靠性、高安全性和高靈活性的制導(dǎo)控制系統(tǒng)設(shè)計面臨巨大挑戰(zhàn)，相關(guān)技術(shù)的研究已經(jīng)成為當(dāng)今航空航天領(lǐng)域最為前沿的研究課題之一。本文系統(tǒng)地對ＲＬＶ再入段軌跡優(yōu)化、制導(dǎo)控制及制導(dǎo)控制一體化方法進(jìn)行了綜述性分析，在對每類方法特點深入分析的基礎(chǔ)上對其發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望，研究結(jié)果可為從事相關(guān)工作的科研工作者提供有益參考。１ＲＬＶ再入軌跡優(yōu)化方法１．１再入軌跡優(yōu)化問題描述ＲＬＶ再入軌跡優(yōu)化的主要任務(wù)是通過優(yōu)化求解獲得滿足各種路徑約束（動壓、熱流密度和過載約束）、狀態(tài)量和控制量及邊值約束的可行再入飛行軌跡，并使得某一性能指標(biāo)優(yōu)。就其科學(xué)問題而言，ＲＬＶ再入軌跡優(yōu)化問題是一個復(fù)雜的、高度非線性的、多變量、多約束的最優(yōu)控制問題，對該問題的求解最早可追溯到

飛行剖面未考慮ＲＬＶ的橫向機(jī)動，不能滿足ＲＬＶ高橫向機(jī)動任務(wù)中的再入制導(dǎo)要求［８１］�；陔x線最優(yōu)軌跡的三維標(biāo)稱軌跡制導(dǎo)方法，可以滿足再入飛行軌跡的最優(yōu)性、高機(jī)動性及對最優(yōu)軌跡的跟蹤精度等需求。然而。該類制導(dǎo)方法僅能實現(xiàn)對預(yù)先設(shè)計的離線軌跡進(jìn)行跟蹤，當(dāng)ＲＬＶ面臨未知的突發(fā)事件時，如飛行器故障或飛行任務(wù)變更等，離線軌跡將不再滿足再入需求，制導(dǎo)性能往往大幅下降甚至失效。圖２給出了２種離線標(biāo)稱軌跡制導(dǎo)方法的特點對比。圖２ＲＬＶ離線標(biāo)稱軌跡制導(dǎo)方法特點Ｆｉｇ．２ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＲＬＶｏｆｆ－ｌｉｎｅｎｏｍｉｎａｌｔｒａｊｅｃｔｏ－ｒｙｇｕｉｄａｎｃｅｍｅｔｈｏｄ２．２在線軌跡重構(gòu)制導(dǎo)２．２．１在線軌跡重構(gòu)制導(dǎo)方法考慮ＲＬＶ再入過程，當(dāng)突發(fā)事件發(fā)生時，離線軌跡不再滿足飛行任務(wù)需求，需要在線對軌跡進(jìn)行調(diào)整，設(shè)計出新的軌跡作為跟蹤制導(dǎo)的目標(biāo)，即在線軌跡重構(gòu)制導(dǎo)方法。圖３給出了在線軌跡重構(gòu)制導(dǎo)的流程圖。文獻(xiàn)［６２］提出了一種基于在線軌跡優(yōu)化的實時最優(yōu)反饋再入制導(dǎo)策略，該方法基于偽譜法，通過連續(xù)的實時軌跡優(yōu)化達(dá)到實時閉環(huán)最優(yōu)反饋制導(dǎo)的目的，直至再入過程結(jié)束。然而，該方法對系統(tǒng)的實時性帶來了巨大的挑戰(zhàn)。因此，考慮到凸優(yōu)化方法的計算效率較高，實時性較好，其在解決航空航天制導(dǎo)問題方面的效用正在迅速提高，并具有機(jī)載實時應(yīng)用的潛力。文獻(xiàn)［８８］對凸優(yōu)化在航空航天中制導(dǎo)方向上的應(yīng)用進(jìn)行了綜述性研究，并對問題凸化方法及凸化過程的有效性進(jìn)行了討論。文獻(xiàn)

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：3627378